[发明专利]一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法及其控制系统

说明书

本发明一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法及其控制系统，属于DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：对DFIG网侧变换器进行数学建模：将DFIG网侧变换器的非线性过程用状态方程表示，建立其数学模型；采用滑模控制器实现网侧变换器电压外环控制：选取合适的滑模面，建立符合李雅普诺夫稳定性的滑模控制器，实现电压外环控制；采用反馈线性化实现网侧变换器电流内环控制：在满足反馈线性化条件下，对DFIG网侧变换器数学模型进行反馈线性化解耦，实现电流跟踪控制，完成闭环控制过程；本发明应用于双馈风力发电机控制。

技术领域

本发明一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法及其控制系统，属于双馈风力发电机网侧变换器电流跟踪非线性控制技术领域。

背景技术

随着近年来风能设施的进步，风能作为可再生能源，愈来愈具有经济竞争力和发展潜力。而目前主流的风电机组通常采用变速恒频机组，以双馈异步发电机组为主，其定子直接挂接电网，转子通过三相交—直—交变换器实现交流励磁，可以通过定子、转子双通道实现电功率的交换。转子励磁变换器常采用背靠背三相两电平电压型PWM变换器，两PWM变换器按照其所在位置可分别为网侧变换器和转子侧变换器。若电网发生不对称故障时，网侧将出现二倍频交流量，最终将会传递至转子侧，严重危害DFIG风电机组的机械系统安全，故在DFIG系统中，对网侧变换器的控制是如今研究的焦点问题。

目前网侧变换器的控制通常采用同步旋转坐标系下双环级联PI控制。在PI控制器下，网侧变换器的控制虽然容易实现，但动态性能不是很理想，其中电流电压很难进行快速跟踪，想要达到理想的控制效果非常困难。因此，本申请提出了一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法及其控制系统。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法的改进及其硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种DFIG网侧变换器电流跟踪非线性控制方法，包括如下步骤：

步骤一：对DFIG网侧变换器进行数学建模：将DFIG网侧变换器的非线性过程用状态方程表示，建立其数学模型；

步骤二：采用滑模控制器实现网侧变换器电压外环控制：选取合适的滑模面，建立符合李雅普诺夫稳定性的滑模控制器，实现电压外环控制；

步骤三：采用反馈线性化实现网侧变换器电流内环控制：在满足反馈线性化条件下，对 DFIG网侧变换器数学模型进行反馈线性化解耦，实现电流跟踪控制，完成闭环控制过程。

所述步骤一建立数学模型的具体步骤为：

步骤1.1：建立DFIG网侧变换器的三相静止abc数学模型，其表达式如下：

上式中：u_a、u_b、u_c为变压器输出电压，u_ra、u_rb、u_rc为网侧变流器交流侧电压，R为寄生电阻，L为滤波电抗器的电感，i_a、i_b、i_c为网侧变流器输入电流，C为直流母线滤波电容，u_dc为直流母线电压，l_load为网侧流向转子变流器的电流，S_a、S_b、S_c

为网侧变换器的开关函数；

步骤1.2：通过坐标变换将网侧变换器三相静止abc数学模型转换得到两相静止αβ坐标系下的数学模型，转换关系如下：